Zamoljen sam da ovde pojasnim neke pojmove vezane za izvod funkcije. Rado bih sad razvezao od definicije iste pa nadalje, ali to ću ostaviti za posebnu temu i kad budem imao više vremena.
Dakle, neka je data funkcija y = f(x), neprekidna nad nekim intervalom (u okviru kojeg ćemo je posmatrati) i čiji je grafik na slici:
U tački x[SUB]0[/SUB] vrednost ove funkcije je y[SUB]0[/SUB] = f(x[SUB]0[/SUB]). x[SUB]0[/SUB] i f(x[SUB]0[/SUB]) su koordinate tačke A, kao što se vidi na slici.
U nekoj drugoj tački x[SUB]1[/SUB] = x[SUB]0[/SUB] + Δx vrednost funkcije je y[SUB]1[/SUB] = f(x[SUB]0[/SUB] + Δx) i one definišu tačku B.
Sada ćemo napraviti malu pauzu, da objasnimo odakle sve ovo. Njutn je prvi pokušavao da reši problem brzine tela koje se kreće po zakonu s(t). Rezon je bio sledeći: izmerimo položaj tela u trenutku t[SUB]0[/SUB] pa onda potom u nekom trenutku t[SUB]1[/SUB]. Brzina tela je (približno) (s1-s0)÷(t1-t0) = Δs/Δt. Ovo merenje je preciznije ukoliko je Δt manje, logično. On je to pokušao da pretoči u neki opšti matematički postupak, a u šta se sve pretvorilo, videćemo u nastavku.
Negde u isto vreme (ali posle Njutna) Lajbnic je pokušavao da nađe opšti matematički postupak za određivnanje jednačine tangente na neku proizvoljnu krivu u odre]enoj tački te krive. Kako je Lajbnic to uradio videćemo sad, a Njutnova razmatranja potpuno su analogna. Samo x treba posmatrati kao t (vreme), a y kao s.
Sada ćemo provući pravu koja prolazi kroz tačke A i B, odnosno sečicu, krive f(x). Njena jednačina će biti:
y = kx + n, a tačnu jednačinu nije teško dobiti jer znamo koorinate tačaka (Jednačina prave kroz dve tačke). Ono što nas zanima je koeficijent pravca ove sečice a koji je jednak:
y[SUB]1[/SUB]-y[SUB]0[/SUB]
-------- =
x[SUB]1[/SUB]-x[SUB]0[/SUB]
f(x[SUB]0[/SUB]+Δx)-f(x)
-------------- =
x[SUB]0[/SUB]+Δx-x[SUB]0 [/SUB]
Δf (često se piše i Δy, nije nikakva razlika)
---
Δx
Primetimo da je ovaj koeficijnent zapravo tangens ugla α koji sečica gradi sa x osom, što je i ošito iz definicije tangensa!
Δx se naziva priraštajem argumenta. Δf se naziva priraštajem funkcije. Oni su u sledećoj zavisnosti: kada se funkciji u tački x[SUB]0[/SUB] doda priraštaj argumenta Δx, funkcija se promeni za Δf.
Sad sa crteža možemo da primetimo da ako smanjimo Δx, koeficijent pravca sečice se promeni i postane bliži nepoznatom koeficijentu pravca tangente u tački x[SUB]0[/SUB]
Stoga se može izvesti sledeći zaključak: ako Δx teži ka nuli, koeficijent pravca sečice će biti utoliko bliži onom traženom. Mi naravno računski možemo sračunati vrednost funkcije u tački u kojoj tražimo koeficijent pravca tangente, dodati neko proizvoljno malo Δx izračunati priraštaj funkcije, i iz njega dobiti relativno dobru procenu Δf/Δx. Primenom limesa za poznatu funkciju f mi možemo dobiti vrednost koeficijenta pravca u bilo kojoj tački:
lim (Δf/Δx) = dy/dx = y'(x)
Δx->0
Primer: neka je f(x) = x[SUP]2[/SUP]
df/dx = lim (Δf/Δx) = lim ((x+Δx)[SUP]2[/SUP]-x[SUP]2[/SUP])/Δx = lim (x[SUP]2[/SUP]+2xΔx+Δx[SUP]2[/SUP] - x[SUP]2[/SUP])/Δx = lim (2xΔx+Δx[SUP]2[/SUP]) / Δx = 2x
Δx->0
Lako je dokazati pravilo da je:
d(x[SUP]n[/SUP])/dx = nx[SUP]n-1[/SUP]
pa su uvedene tablice osnovnih izvoda kako bi se skratio postupak traženja granične vrednosti.
Rešenje limesa je neka nova funkcija čijim se uvrštavanjem može dobiti koeficijent pravca u bilo kojoj tački funkcije.
Infinitezimalno male veličine: ako je Δx beskonačno malo (šta je beskonačno malo je tema za diskusiju. Ako je konačno malo, tipa 10[SUP]-100[/SUP] ostaje Δx) mi ga zovemo diferencijalno malim Δx i beležimo ga sa dx. dx je dakle priraštaj argumenta Δx za koji znamo da je dovoljno mali.
Dakle dy/dx = y'(x) će biti funkcija koja određuje koeficijent pravca tangente u svakoj tački funnkcije y(x)
Kako važi da je:
dy/dx = y'(x)
onda je i
dy = y'(x)dx
dy se naziva diferencijalom funkcije, odnosno beskonačno malom promenom vrednosti funkcije usled diferencijalne promene argumenta za dx.
Dodatak: Njutnovo rezonovanje. Sve je manje više isto, sem što je čovek zaključio da će brzina tačke koja se kreće po zakonu s = f(t) biti v=ds/dt = s'(t) što je i logično. Eto ujedno odgovora zašto brzina uvek tangentira pravac kretanja. Ima i nastavak. Kako je ubrzanje promena brzine po vremenu onda je logično a = dv/dt. Odatle kreću sva razmatranja mehanike u koja se ja neću puno upuštati. Samo ću pojasniti pojam diferencijala na konkretnom primeru:
neka se telo kreće sa konsantnim ubrzanjem: a =
const
kako je:
a=dv/dt sledi da će promena brzine usled ovog ubrzanja biti:
dv = a*dt
Dakle dv kazuje koliko se menja brzina sa vremenom. Ako integralimo obe strane dobićemo:
v = a*t + v[SUB]0[/SUB]
v[SUB]0[/SUB] je konstanta integracije koja i ma fizički smisao kao početna brzina.
idemo još dalje:
kako je:
v = ds/dt
sledi da je priraštaj položaja tačke:
ds = vdt = at + v[SUB]0[/SUB] dt
ako opet integralimo obe strane dobijemo:
s = 1/2at[SUP]2[/SUP] +v[SUB]0[/SUB]t+ s[SUB]0[/SUB]
Poznata formula? A nikad nisu objasnili kako je dobijena.... Elem s[SUB]0[/SUB] i nema fizički smisao (početni položaj ali se obično uzima da je 0 iz nekih drugih razloga)
Ovo ovde ispisano važi samo za pravolinijsko kretanje jer se onda s(t) može poistovetiti sa položajem tačke na osi. (Druga koordinata je uvek 0) Ako se radi o krivolinijskom kretanju, onda je položaj tačke definisan sa dve koordinate x(t) i y(t), pa se stvari usložnjavaju.